新一代Sinumerik數(shù)控系統(tǒng):進一步提高刀具和模具制造效率

Siemens AG Industry Sector Wolfgang Reichart

機床生產(chǎn)率在很大程度上取決于控制系統(tǒng)的功能和效率。Sinumerik數(shù)控系統(tǒng)早在引入Sinumerik Operate和“MDynamics”工藝包之初，就已經(jīng)使機床生產(chǎn)率達到很高水平。在此基礎(chǔ)上，新一代Sinumerik系統(tǒng)進一步提升機床在刀具制造和模具制造過程中的性能。例如:在三軸和五軸銑削中，經(jīng)過改善的數(shù)控功能在保持高表面質(zhì)量甚至改進表面質(zhì)量的同時，能夠明顯地縮短加工時間。雖然新功能更加強大，但其操作和編程卻變得更加簡單，因此現(xiàn)在配備Sinumerik系統(tǒng)的機床及其操作人員都可以更加靈活地投入作業(yè)。

圖1 新一代Sinumerik系統(tǒng)軟件不僅支持面向車間的生產(chǎn)，也支持CAD/CAM生產(chǎn)鏈。機床和人員因此可以更加靈活地投入作業(yè)，而這正是刀具和模具制造業(yè)的趨勢。

進一步改善了三軸銑削、 “三軸+兩軸”銑削和五軸銑削功能

在各項數(shù)控功能中，“精優(yōu)表面”運動控制功能以及“MDynamics”工藝包中的一些核心功能已經(jīng)過進一步改善。而“二代預(yù)讀”功能不僅可以優(yōu)化速度特性，還可以優(yōu)化相鄰銑削軌跡的加速度特性和急動度特性。因此，相鄰銑削軌跡的加工更加均勻平穩(wěn)，這一方面提高了工件表面質(zhì)量;另一方面，由于更充分地利用了機床動態(tài)響應(yīng)，因此同時提高了平均進給速度，縮短了切削時間。

圖2 更高的工件表面質(zhì)量、更充分地利用機床動態(tài)響應(yīng):Sinumerik數(shù)控系統(tǒng)的全新Orison功能可在五軸加工中確保穩(wěn)定的刀具定向。

切削時間可縮短10%

“預(yù)讀”功能可以縮短切削時間，改善表面質(zhì)量，主要用于加工任意形狀的工件以及其他結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工件。老版本的“預(yù)讀”功能已經(jīng)非常強大，但與之相比，“二代預(yù)讀”在實際應(yīng)用中可使切削時間縮短5%～10%。

帶連續(xù)刀具定向的五軸銑削

全新的用于五軸同步銑削的數(shù)控功能Orison(Orientation Smoothing On)既可以提升加工速度，也可以優(yōu)化工件質(zhì)量。

在對振動輪廓進行五軸銑削時，機床動態(tài)響應(yīng)會因回轉(zhuǎn)軸的定向運動 (即將刀具對準當前的輪廓曲線)大大削弱。通常，補償運動在程序段切換時進行，而急劇的補償運動會導(dǎo)致機床振動，控制環(huán)振蕩。另外，即使只有十分之幾度的急劇刀具定向也會使刀尖的軌跡速度發(fā)生顯著變化，原因是，由回轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)點、刀架和刀具得出的長度在定向運動和進給運動的疊加中會產(chǎn)生“杠桿”效應(yīng)。在該過程中，如果刀具相對于工件輪廓移動，會導(dǎo)致刀具短暫停止，在極端情況下刀具甚至?xí)簳r反轉(zhuǎn)方向。所有上述由急劇刀具定向引起的加工異常會在工件表面上留下明顯的加工痕跡，同時也會大大延長加工時間。

為此，西門子為Sinumerik數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)了Orison功能。該功能可對回轉(zhuǎn)軸運動進行平滑，以實現(xiàn)刀具定向。在指定的加工公差范圍內(nèi)，Orison對定向運動進行連續(xù)預(yù)插補，然后執(zhí)行定向運動。該功能可以最大程度地消除引發(fā)異常振動的主要來源，使刀尖運動更加平穩(wěn)，這樣在改善工件表面質(zhì)量的同時，也提高了加工速度。

圖2 高價值創(chuàng)新，界面操作可靠:經(jīng)過優(yōu)化的NC和HMI功能以及一系列性能強大的CPU，提升了HSC加工的生產(chǎn)率。

圖3 現(xiàn)在，借助進一步優(yōu)化的“二代預(yù)讀”功能可以更簡單的快速銑削出最優(yōu)質(zhì)的工件表面。通過協(xié)調(diào)速度特性、加速度特性和急動度特性，來提高平均軌跡速度縮短加工時間。

用于“三軸+兩軸”加工和五軸加工的擴展退刀功能

使用新一代的Sinumerik數(shù)控軟件，可以在按下急停按鈕或掉電后退出“三軸+兩軸”加工或五軸加工中插在鉆孔或者螺紋中的刀具，迅速恢復(fù)生產(chǎn)。新退刀功能在原有退刀功能基礎(chǔ)上進行了擴展，使所有參與加工的軸 (攻絲中甚至包括主軸)在JOG模式下也可進行協(xié)調(diào)插補，退刀過程因此更簡單。無論是“三軸+兩軸”加工還是五軸加工，系統(tǒng)都通過CYCLE800或TCP功能TRAOFI考慮到了各種攻絲循環(huán)的特殊性。

在某些情況下，該功能不僅明顯節(jié)約了加工時間，而且還提高了工件在退刀后繼續(xù)加工成“成品”的幾率。

操作和編程-更強大，更簡便

Sinumerik Operate系統(tǒng)的操作和編程界面持續(xù)不斷地吸取最新系統(tǒng)版本中NCK的改進。因此，現(xiàn)在在五軸加工高速設(shè)置循環(huán)CYCLE832中，可以直接給定精加工和粗加工時回轉(zhuǎn)軸的定向公差。凡是熟悉該循環(huán)的操作編程人員，都可以直接通過循環(huán)界面和輸入提示欄輸入五軸加工ORISION的定向公差。

針對系統(tǒng)中的新擴展退刀功能，操作界面上也進一步簡化了故障處理。現(xiàn)在，即使在按下急停按鈕或掉電后，也可通過程序段搜索直接找出中斷點，更快地恢復(fù)加工。

“Manual Machine”功能現(xiàn)在也可投入銑削應(yīng)用

借助“Manual Machine”功能數(shù)控機床可以進行一些簡單的、無需數(shù)控編程的鉆銑加工，這相當于操作一臺純手動機床，只是操作更加舒適。這是因為Sinumerik Operate中集成了車間軟件，為用戶提供高效的簡單鉆銑循環(huán)。

五軸仿真

新一代系統(tǒng)軟件在仿真功能方面有諸多改進，其中增加了測量循環(huán)的仿真，主要是五軸程序的仿真。相比之前，現(xiàn)在的仿真更容易理解和驗證。

另外，仿真視圖可通過鼠標和軟鍵加以控制?，F(xiàn)在可以直接旋轉(zhuǎn)3D視圖并修改速度倍率，通過快捷鍵 (Ctrl+M)可以切換當前仿真速度和最大仿真速度。

全新高速CPU使操作更舒適

全新高速CPU的最大受益者是配備1B型Sinumerik 840D sl系統(tǒng)的機床的操作員。該系統(tǒng)具有全新的高性能NCU，采用多核處理器并可接入Profinet。操作人員能夠直接感受到性能的顯著提升:操作更流暢，仿真速度更高，后者在復(fù)雜的模具程序仿真中更顯優(yōu)勢。

模具加工快速視圖可以快速顯示復(fù)雜零件程序的加工畫面，它的功能得到了進一步的擴展。現(xiàn)在可單獨顯示或隱藏G0和G1程序段對應(yīng)的線和點，因此在實際應(yīng)用中操作人員可查看工件的各種預(yù)視圖 (見圖5)。即使沒有任何結(jié)構(gòu)圖或其他圖紙，操作人員也可憑借這些視圖在最短時間內(nèi)了解待加工模具，這大大有助于模具加工的準備工作和機床設(shè)置。

圖5 在模具生產(chǎn)的快速視圖中，可通過選中和撤銷不同的NC程序段類型在多個工件的預(yù)視圖之間進行切換。

增加了html預(yù)覽功能，可實現(xiàn)無紙化加工，方便交互式機床文檔的創(chuàng)建

早在引入HMI軟件Sinumerik Operate之初，西門子數(shù)控系統(tǒng)就可以直接在程序管理器中顯示文本、數(shù)控程序、圖形及PDF文件。新的系統(tǒng)版本如今增加了html文件的顯示，不管文件是位于本地、USB存儲器還是網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動器中。該功能不僅有助于企業(yè)實現(xiàn)無紙化加工，還可以使機床制造商簡單方便地在機床上直接創(chuàng)建交互式操作說明。

豐富多樣的測量循環(huán)可以更好地測量機床的幾何尺寸

新的系統(tǒng)軟件大規(guī)模擴展了Sinumerik數(shù)控系統(tǒng)的測量循環(huán)。所有測量循環(huán)都配有動畫圖形元素，這些圖形元素可在programGuide或工步式編程ShopMill中直觀生動地顯示循環(huán)的詳細功能以及參數(shù)設(shè)置，方便用戶掌握測量循環(huán)的一些復(fù)雜功能，如:在進行自動測量時如何考慮保護區(qū)、隔斷或中間輪廓，以防止測頭發(fā)生碰撞。此外，所有的測量循環(huán)都可進行仿真。因此，在仿真中可以全面檢查零件程序以及過程測量。

另一項新功能是，通過切換式測頭和測量球也可以測量機床本身的幾何尺寸，比如:循環(huán)CYCLE995和CYCLE996可持續(xù)測量主軸和機床軸之間的角度差。根據(jù)測量結(jié)果可對誤差進行校正。

CYCLE995支持使用測球和測桿進行的測量，因此它可以代替目前常見的用塞規(guī)和測壓計進行的手動測量，該過程非常費時費力。

簡單的增值途徑

西門子數(shù)控系統(tǒng)引入運動控制功能“精優(yōu)表面”和涵蓋了所有面向高要求銑削工藝的循環(huán)與功能的“Mdynamics”智能工藝包后，就成為了刀具和模具制造商的首選。如今西門子推出的1B型Sinumerik 840D sl配有新一代的Sinumerik Operate軟件系統(tǒng)以及性能強勁的CPU，將為銑床制造商、刀具制造和模具制造商帶來更大的競爭優(yōu)勢。

結(jié)束語

使用最新的Sinumerik數(shù)控系統(tǒng)軟件，可以明顯提高優(yōu)質(zhì)工件表面的加工速度，可以為客戶帶來更好的銑削工藝、更優(yōu)質(zhì)的工件表面、更高的計算效率及更智能的操控，全面提升了刀具制造和模具制造的效率。

Sinumerik系列雖然已經(jīng)在行業(yè)內(nèi)樹立標桿，但仍不斷地優(yōu)化其運動控制功能，改善操作與編程界面，使用更高性能的的CPU，為刀具和模具制造商帶來切實的競爭優(yōu)勢。